Здорово, народ. В 2015 году купил электрическую духовку KUMTEL KF3125 за 4000 деревянных. До этого лета она оставалась ненужной на чердаке, но вот, спустя почти 5 лет до этого устройства наконец-то дошли руки. Пожалуй, начнем обзор. 

 

Не реклама, взято из Интернета.

Фирма является турецкой компанией, которая специализируется на производстве бытовой техники, начиная с 1970 года. Продукция компании распространяется в 85 странах мира. В ассортимент фирмы входят такие товары, как: электрические бытовые приборы для приготовления пищи; плиты и грили; духовки и тостеры с барбекю. Техника отличается функциональностью, низкими затратами на энергопотребление, удобством и безупречным стильным дизайном. Короче говоря, судя по описанию – все круто, производитель занимается только данной тематикой и работает достаточно долго на рынке.

 

 

 

 

Основными преимуществами данной модели, являются относительная дешевизна, широкий диапазон регулируемой температуры от 80 до 320 градусов (по описанию упаковке) и простота конструкции. В Интернете эта модель, как и другие печи этого производителя, на данный момент (2019 год) стоит дешевле по сравнению с ростом цен 2014 года, поэтому средняя цена сейчас составляет около 2500 рублей.

 

 

Судя по наклейкам на упаковке устройство обладает следующими характеристиками: мощность 1420 Вт (1300 Вт), класс экономичности B, полезный объем составляет 36 литров (32 литра), нержавеющие ТЭНы (неправда, за пять лет стояния они потемнели и, похоже, заржавели), электростатическая краска (в моем случае белая), индикация питания, в комплекте эмалированный противень и решетка из нержавеющей стали.
Вдобавок, как уверяет интернет-магазин, данная модель обладает следующими характеристиками:
1) Наличие 3-х уровней для противня и гриля;
2) Наличие эмалированной внутренней полости; (поверхность не эмалирована)
3) Наличие никелированного гриля; (PS: оказывается, имеется в виду решетка-гриль, а не устройство для вращения вала, на который насаживают маринованную курицу или другую птицу)
4) Возможность открывать дверку на 45 и 90 градусов; (сзади просто стоит металлическая пружина)
5) Возможность регулирования температуры нагрева;
6) Наличие биметаллического термостата от 40 до 280 градусов;
7) Возможность регулирования нагревательного элемента;
8) Наличие таймера.
Информация на сайте другого интернет-магазина также местами не сходится с характеристиками на упаковке. Почему так произошло - не понятно, ошибка/неграмотность наборщика или своеобразный рекламный ход производителя (или продавца?) – не знаю.

 

 

В комплекте к устройству прилагаются эмалированный противень, решетка из нержавеющей стали, инструкция. Обещанной на сайте интернет-магазина формы для выпечки в комплекте не оказалось :-(

 

 

 

 

В момент своего первого включения, как и многие другие электронагревательные приборы, печь выделяла некоторое время запах гари, который через некоторое время прошел. После тестового запуска обнаружилась проблема: устройство сильно нагревает все грани металлического каркаса, включая стеклянную дверцу и заднюю стенку (ТЭНы раскаляются докрасна). Это, я считаю, небезопасно, поэтому в целях выяснения причины данной проблемы печь была подвергнута разбору.

 

 

Несколько слов о корпусе печки. Его строение напоминает обычный термос; за переднюю и заднюю стенку устройства закреплены внутренняя стальная камера и внешняя окрашенная стальная оболочка, между которыми находится теплоизолирующий слой в виде минеральной ваты, там же находится вся электронная система печки. ТЭНы на клепках прикреплены ко дну и потолку, корпус заземлен, выводы нагревателей уходят в блок управления.

 

 

 

 

 

Принципиальная схема устройств, как оказалось, предельно проста – она представлена на рисунке. Корпус печки заземлен с использованием евро-розетки.

 

 

 

Входное напряжение последовательно поступает на термовыключатель, который находится в зазоре (!) между внутренней и внешней стенкой электропечи. Как это работает? Сначала нагреваются ТЭНы, они нагревают воздух внутри корпуса, воздух нагревает внутреннюю камеру, последняя в свою очередь нагревает воздух, в котором находится термореле. Не слишком сложно?

 

 

Затем на механический таймер с сигналом “дзинь” как у микроволновки. Тут без вопросов. Регулирует время нагрева до 90 минут.

 

 

Следом идет 4-позиционный переключатель с выбором режима нагрева – включен верхний ТЭН, нижний, оба теплоэлектронагревательных элемента, выключены оба нагревателя. Для включения печи необходимо перевести в рабочее положение все 3 переключателя.

 

 

Параллельно ТЭНам включена неоновая лампочка, которая свидетельствует об прохождении тока через нагревательные элементы.

 

 

 

 

Обсудив внешние характеристики и принципиальную схему устройства, займемся его модернизацией. Что я хочу получить в результате? Были выдвинуты основные моменты:
1) Исключить механическое управление, перейти полностью на электронное;
2) Обеспечить устройство выбором из широкого рабочего диапазона температур с высокой точностью, по возможности от 20 до 300 градусов с регулируемым гистерезисом;
3) Обеспечить устройство понятной индикацией, меню выбора режима приготовления кулинарных блюд;
4) Обеспечить устройство таймером с возможностью выбора необходимого количества минут, часов или даже дней;
5) Обеспечить устройство цифровым звукооповещением о конце программы;
6) Обеспечить устройство управляемым (вкл/выкл) принудительным вентилированием и освещением внутренней камеры;
7) Усовершенствовать систему теплоизоляции печи;
8) Обеспечить устройство 2 неоновыми лампами, каждая из которых будет сообщать о прохождении тока через один из ТЭНов;
9) В подобных устройствах практикуется установка двигателя для вращения гриля, но мне гриль не нужен, поскольку он есть внутри обыкновенной газовой печи;
10) По возможности привести конечное устройство к современному внешнему виду, используя дизайнерское решение;
11) По желанию напечатать буклет с полным описанием возможностей данного устройства;
Ну вроде бы это все пожелания, которые пришли в голову. Остается воплотить мечту в жизнь.

 

 

Исключить механическое управление можно с помощью микроконтроллера от компании Microchip PIC16F876A, у меня завалялся один такой в органайзере, к тому же в интернете устройств на микроконтроллерах PIC компании Microchip, как мне показалось, меньше, что привело к выбору оного.

 

 

 

Для индикации используем 7-сегментный 4-разрядный индикатор с общим анодом Kingbright CA56-12SRWA красного цвета свечения.

 

 

Температуру будем измерять с помощью популярного цифрового датчика Dallas18b20.

 

 

Думаю, что снова подчеркивать достоинства данного датчика не стоит, однако указываю, что диапазон измерения температуры составляет от -55 до +125 °C. Для диапазона от -10 до +85 °C погрешность не превышает 0,5 °C. Мне не хватает его охватываемого диапазона температур, его используем в качестве защиты от перегрева внутри корпуса. А для измерений на высоких температурах используем кремниевый терморезистор KTY84-130.

 

 

Для звукового оповещения используем пьезоизлучатель КС-1201.

 

 

Управление ТЭНами – через миниатюрные электромагнитные реле Finder 36.11.9.005.4001 10А 220В.

 

 

 

Теперь, когда основные компоненты электронного управления представлены, приступим к электронной схеме. Схема нарисована в DipTrace.

 

 

Как видно, устройство условно поделено на 3 части – «мозг» устройства, блок питания и управления ТЭН, устройства ввода/вывода.
Блок питания линейный, в качестве защиты на входе 220В стоит плавкий предохранитель на 0.5 А, варистор VDR-05D301K. Трансформатор 220В=>5В с броневым магнитопроводом выпаян из китайского зарядника, диодный мост на 1N4001 взят оттуда же. Выходное напряжение стабилизируется старым добрым 7805 с электролитическими конденсаторами 1000 и 100 мкФ на входе и выходе соответственно. Для индикации включения питания через резистор 150 Ом напряжение подается на зеленый матовый светодиод «Сеть». Выход 5В подключается через разъем к плате управления, также в этом блоке находятся реле, они связываются через три управляющих провода.
Мозг устройства, как уже было сказано основан на микроконтроллере. Распределение портов следующее: порты RB0-RB7 отвечают за отображение сегмента, через резисторы 100 Ом подсоединяются к катодам индикатора; порты RA0-RA3 также отвечают за индикацию, через 2,2 кОм открывают транзисторы МП-42 (это первое, что попалось под руку :-)) коллекторы соединены с анодами разрядов индикатора. RA4 связывается аналогично RA0-RA3, только питает он зуммер; к AN4 через резистор-делитель напряжения подключен терморезистор; к портам OSC1 и OSC2 подсоединяется кварцевый резонатор на 4 МГц с конденсаторами по 22 пФ каждый; порт RC4 служит в качестве входа для ds18b20, к выводу сигнала через 4,7 кОм подтягивается 5В; на RC0-RC3 через 10 кОм подтягивается питающее напряжение, кнопки замыкаются на землю; RC6-RC7 отвечают за управление ТЭНами, через транзисторы МП-37 открывается ключ питания реле, подключены диоды, защищающие от ЭДС самоиндукции и конденсатор с резистором для повышения стабильности; порт RC5 остался неиспользуемым, однако здесь также предусмотрен подтягивающий резистор на 10 кОм в случае необходимости. Порты VSS подключены на минус, VDD – на плюс, MCLR – через 10 кОм связывается с VDD. Для возможности внутрисхемного программирования порты MCLR, VDD, PGD, PGC имеют возможность размыкания при помощи джамперов, а также существует выход на 6-проводной разъем ISCP.
Внешние устройства ввода/вывода подключаются к плате управления через штырьки и выводят сигнал на приборную панель, которая закреплена на лицевой части корпуса модернизированного устройства.

 

 

Тут все просто: используем PCB Layout от DipTrace, расставляем электронные компоненты на плате, включаем автотрассировщик и готово! Вуаля – перед нами 3D модель будущих плат (платы две штуки, поскольку текстолита нужной длины под рукой не оказалось).

 

 

А теперь и в реальности! Готовим негативные фотошаблоны на прозрачной пленке и с помощью фоторезиста делаем защитные дорожки. Травлю медь в растворе лимонной кислоты с пергидролем (30% пероксид водорода).

 

 

По окончании травления – установка и пайка компонентов на плату.

 

 

 

 Полностью раскрывать тему не вижу смысла, поскольку исходный код прикладываю, кратко отмечу некоторые моменты.

 

Тактовая частота выбрана исходя из имеющегося кварца 4 МГц, Все биты конфигурации отключены, кроме источника генератора - кварцевого резонатора. В памяти USER ID записана дата прошивки устройства.

 

В EEPROM записываются и сохраняются до следующего включения данные звукового/беззвучного режима, а также данные режима выбранных ТЭНов.

 

Опрос кнопок выполнен на таймере 0, соответствующее значение приписывается глобальным переменным.

 

Таймер 1 используется как счетчик времени, запускается только после начала работы выбранной программы, по окончании - сбрасывается. Время исчисляется в секундах (глоб. перем. sec).

 

Для вывода цифр и букв на индикаторе используется динамическая индикация, сначала открывается порт на разряд цифры, затем открывается порты, зажигающие определенные сегменты, задержка на 1 мс, закрытие портов, переход к следующей цифре.

 

Раз в 3 секунды происходит опрос датчика и запись данных в переменную temp.

 

Звук работает без использования встроенного ШИМ. Программа play генерирует квадратные импульсы в зависимости от заданных параметров звука.

 

Контроль температуры осуществляется путем замера текущей температуры. В случае поднятия ее на 1 градус выше заданной - ТЭНы отключаются. В случае понижения на 1 градус - ТЭНы включаются.

 

Индикация поочередно показывает текущую температуру и оставшееся время.

 

 

Для создания наклейки на лицевую панель корпуса использовал программу Front Designer 3.0. Расставляем необходимое, печатаем на фотопленке и приклеиваем к корпусу на двусторонний скотч. Выглядит здорово)

 

 

Наклейку напечатал на прозрачной пленке, предназначенной для фотопринтеров

 

 

Корпус вырезан из стальной коробочки, грунтуем поверхность, красим в белый цвет

 

 

 

Начинаем с установки печатных плат внутрь.

 

 

Провода прячем стяжками к поверхности.

 

 

Устанавливаем тумблеры, светодиод, пищалку, индикатор, тактовые кнопки и неоновые лампочки (параллельно ТЭНам) в лицевую часть корпуса. Заливаем для надежности и крепления клеевым пистолетом.

 

 

Закрываем лицевую панель

 

 

 

В качестве источника света использовал лампу Т-170 220В на 15 Вт от СВЧ-печи.

 

 

Устанавливаем это дело

 

 

В качестве источника конвекции воздуха - советский двигатель ДПР-42-Н1-03 на 27В 0,02 А вместе с решеткой, установочным корпусом и готовым блоком питания.

 

 

Его также устанавливаем на заднюю стенку

 

 

Теперь так выглядит корпус изнутри

 

 

Вдобавок, вывел провод на 220 В на заднюю сторону корпуса, изначально он выходил снизу, что существенно укорачивало его.

 

 

 

Для сохранения тепла обертываем стенки минеральной ватой, которая была изначально.

 

 

Заворачиваем мех в фольгу от корпуса старой газовой печи.

 

 

И закрепляем проволокой.

 

 

 

При включении устройство издает звуковой сигнал "Приветствие", на панели загорается надпись "ВЫБР".

 

В зависимости от задачи, можно воспользоваться 2 путями. Первый способ - выбор готового режима из предустановленных программ: Баранина, Говядина, Рыба, Тосты, Курица, Инкубация и т.д. В этом случае нужно кнопками "+" и "-" установить нужный режим, нажать кнопку "NEXT", программа автоматически будет выполнять требуемые условия до завершения программы.

 

Второй способ - установка собственного режима с таймером или без. Для этого нажимаем "NEXT", выбираем температуру кнопками "+" и "-", снова нажимаем "NEXT" - переходим в меню настройки времени. Если необходимость в таймере отсутсвует, пропускаем выбор времени, нажимая клавишу "NEXT" до появления надписи "ПУСК". Иначе, кнопками "+" и "-" задаем необходимое количество дней, часов, минут. Подтверждаем выбранные условия при появлении надписи "ВСЕ?" и загорается меню "ПУСК", сопровождающееся звуковым сигналом "Старт". 

 

При желании, можно приостановить таймер, длительно удерживая клавишу "NEXT" или "PREV", на табло загорается режим "ПАУЗ". В этом режиме устройство продолжает держать требуемую температуру, но с выключенным таймером. Отсюда можно выйти либо в главное меню, нажав клавишу "PREV", либо продолжить программу, нажав клавишу "NEXT"

 

По окончании программы устройство издает три звуковых сигнала об окончании работы и выводит на экран "End". Чтобы выйти в главное меню, следует нажать клавишу "NEXT" или "PREV". 

 

При желании можно отключить звук, дважды нажав "PREV" из главного меню. Клавишами "+" и "-" переключаются режимы "ЗВУК" и "MUTE". Настройка сохраняется при отключении питания.

 

При желании можно выбрать, какой из ТЭНов следует нагревать. Для этого нажать"PREV" из главного меню, клавишами "+" и "-" переключаются режимы "ТЭН_", "ТЭН-", "ТЭН=". Настройка сохраняется при отключении питания.

 

Общая схема работы алгоритма представлена на рисунке.

 

 

 

Перед использованием прибора предварительно были проведены эксперименты по оценке его возможностей. Практика показала, что нагрев до 180 градусов осуществляется за 5 минут, максимума температура достигает через 10 минут  - 334 градуса. Кроме того, эксперимент без использования сочетания "минеральная вата + фольга" показал, что максимальная температура в этом случае составляет 215 градусов, что не годится для использования по основному назначению. Фольга надежно защищает внутренний отсек корпуса и плату от перегрева, температура здесь держится на уровне не выше 70 градусов и, как правило, меньше. Стоит добавить, верхняя стенка печи нагревается гораздо сильнее, чем нижняя. Задняя стенка после установки асбестового термобарьера + листа нержавейки значительно  снизила температуру. Что делать со стеклянной дверкой? - пока не придумал.

 

 

Использование принудительной вентиляции рекомендуется при установке температуры ниже 200 градусов, в районе температур ниже 100 градусов это вообще обязательное условие, поскольку ТЭНы имеют некоторое запаздывание, температура скачет плюс/минус 15-20 градусов. 

 

 

В результате получаем ВЕЩЬ)))

 

 

Используя модернизированное устройство на практике пожарил омлет, сушил сухари. К слову, остался доволен ужином))

 

 

В результате работы мною были изучены новые для меня программы, такие как MPLAB X IDE, DipTrace, Front Designer. Это мое первое серьезное устройство на микроконтроллере, поскольку ранее я не занимался разработкой подобных девайсов, а также не работал в средах программирования. На всю эту работу я потратил около двух месяцев лета, что, считаю, прошло для меня с пользой и интересом. Конечно, требуется еще время, чтобы довести устройство до совершенства, но, к сожалению, на это сейчас у меня уже нет времени. Поддержите автора лайком на конкурсе)))
Для начинающих, которым было бы интересно понять принцип работы всего этого, я прикладываю все оригинальные файлы, включая код на Си, проект в MPLAB X IDE, файл прошивки МК в формате .hex, схема и плата в формате DipTrace и другие файлы в одном архиве.